2. EL ATP

Las células de energía que es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen el ATP (Fig. A). El término ATP es el acrónimo de adenosin trifosfato fosfato. En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde

La estructura formada por dos anillos que contienen carbono y nitrógeno (N) es la adenina.
Los tres fosfatos (P) forman una cadena que se une a un carbono de la ribosa para constituir la denosina trifosfato.
Los fosfatos se muestran con cargas eléctricas negativaas porque en las condiciones fisiológicas pierden protones. La unión (-O-) entre los dos fosfatos más alejados de la adenosina es la que se forma o se rompe para acumular o ceder energía.
El ATP aportado desde el exterior no puede ser utilizado porque es incapaz de atravesar la membrana que rodea a las células. La impermeabilidad de la membrana celular es una adaptación evolutiva fácilmente comprensible. Si no impidiera el pasaje del ATP, las células perderían inútilmente, hacia el medio externo, su principal fuente de energía. Las células contienen alrededor de un gramo de ATP por kilogramo, cantidad que sólo alcanza para una milésima parte del consumo diario. En consecuencia, para sus necesidades las células deben producir ATP continuamente. Los dos procesos más importantes que dan lugar a la formación del ATP son la fotosíntesis y la respiración celular. Ambos están asociados con el flujo de electrones a través de una cadena transportadora.

2.1 ESTRUCTURA DEL ETP: ESTABILIDAD, Y FORMACION DE HIBRIDOS.

El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP, del inglés adenosine triphosphate) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos.

Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólico que requieren que se le añade energía a los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos), se le suma energía (contiene más energía libre que los reactivos). Por otro lado, durante las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos (ej, el catabolismo de macromoléculas). La energía libre en un estado organizado, disponible para trabajo biológico útil. Las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. Las reacciones exergónicas pueden estar acopladas con reacciones endergónicas. Reacciones de oxidación-reducción (redox) son ejemplos de reacciones exergónicas y endergónicas acopladas.

Razones químicas de la tendencia a la hidrólisis del ATP
Las razones químicas de esa tendencia son tres:

Energía de estabilización por resonancia: viene dada por la deslocalización electrónica, es decir, que debido a la distinta electronegatividad entre el P y el O, existe un desplazamiento de los electrones de los dobles enlaces hacia el O. En el enlace doble tienen cierto carácter de sencillo y viceversa.
Pues bien, la energía de estabilización por resonancia es más alta en los productos de hidrólisis que en el ATP. Esto se debe fundamentalmente a que los electrones de los oxígenos entre los P son fuertemente atraídos por los grupos fosfóricos.
La competencia por los electrones de los O crea una tensión en la molécula; ésta es evidentemente menor (o está ausente) en los productos de hidrólisis. Por lo tanto, hay mayor energía de estabilización por resonancia en los productos de hidrólisis.
Tensión eléctrica entre las cargas negativas vecinas existente en el ATP entre los O de los P. Esa tensión es evidentemente menor en los productos de hidrólisis.
Solvatación: la tendencia natural es hacia una mayor solvatación. La energía de solvatación es mayor en los productos de hidrólisis que en el ATP.
En la célula existen muchos enlaces de alta energía, la mayoría de los cuales son enlaces fosfato. El ATP ocupa una posición intermedia entre los fosfatos de alta energía.

Una de las más importantes funciones del ATP es dar el paso para que ingresen las sustancias a la célula. Faltan hiridos

2.2 Híbridos de ATP
La hidrólisis del ATP es en extremo exergonica, debido a la disminución que resulta en la repulsión electroestática entre los átomos de oxígeno cargados negativamente del grupo trifosfato del ATp. La magnitud de sus repulsiones electroestáticas es afectado por el pH. Los reactantes y productos de la hidrólisis de ATP tienen grupos funcionales ionizantes con valor de pKa entre 6 y 7 .
Lasa repulsión electroestática también es afectada por las concentraciones e Mg. Los iones Mg neutralizan las cargas negativas de los átomos de de oxígeno del ATP, disminuyendo la repulsión electroestática.
Los productos de de la hidrólisis de ATP están estabilizados por resonancia del mismo ATP. Los grupos fosforilo del ATP compiten por los electrones sin aparear de los átomos de oxígeno puentes en los fosfoanhidridos, mientras que los productos de la hidrólisis toman una estructura más estable. La estabilización por resonancia de los productos proporciona una gran fuerza directriz de las hidrólisis.

2.3 Potencial de trasferencia de fosfatos

Las cinasa catalizan la transferencia de grupos fosfato a otros sustratos. Estas reacciones son unidireccionales (irreversibles). Las cinasas trasfieren un grupo –PO3 -2. Este mecanismo de transferencia se denomina Desplazamiento nucleofilico en línea. La energía de varias cinasas se puede comparar evaluando los cambios de energía libre estándar de las reacciones que se dan en la siguiente tabla.


Metabolitos ΔG°’ hidrólisis (Kcal por mol)
Fosfoenolpirubaro -14.8
1,3-bisfosfoglicerato -11.8
Fosfato de acetilo -11.2
Fosfocreatinina -10.3
Fosfoarginina -7.7
Glucosa 6 fosfato -3.3
.

Así al potencial de transferencia de fosfatos es una medida de energía libre que se necesita para la formación de compuestos fosforilados.
Las cinasan hacen un desplazamiento nucelofilico del grupo γ-fosfato del ATP enlazando a la enzima un intermediario de energía elevada y liberando ADP. En una segundo mecanismo la molécula intermediaria a la que se le añadió el grupo fosfato, hace una ataque nucleofilico a este mismo grupo fosfato liberando Pi.


2.4 Hidrolisisi de ATP y enenrgia libre

Producto de las interacciones y los choques efectivos ocurridos entre el ATP y las moléculas de agua (H2O) bajo la acción enzimática, los tres enlaces P~O de "alta energía" del primero y uno de los enlaces O-H del agua se rompen, con el consecuente reordenamiento atómico que origina la formación de nuevos enlaces y nuevas estructuras moleculares (ADP, AMP y P (H3PO4) ) y la liberación de una energía libre aprovechable (proceso exergónico) para la realización de distintos tipos de trabajo biológico: de transporte activo de sustancia a través de membranas, para la contracción y la relajación muscular, en el impulso nervioso, en la secretación hormonal, para la realización de múltiples reacciones del metabolismo (endergónicas) en la que se formas cientos de sustancias necesarias al organismo, etc.
La forma activa del ATP es normalmente un complejo de ATP con Mg2+ o Mn2+. Al considerar el papel del ATP como el de un transportador de energía, debemos fijarnos en su grupo trifosfato. El ATP es una molécula rica en energía porque su componente trifosfato contiene dos enlaces anhídrido fosfórico. Cuando el ATP se hidroliza hasta adenosina difosfato (ADP) y ortofosfato (Pi) o cuando se hidroliza hasta adenosina monofosfato (AMP) y pirofosfato (PPi) se desprende una gran cantidad de energía libre.

La energía libre desprendida en la hidrólisis del ATP se utiliza para impulsar reacciones que requieren un aporte de energía libre, como son la de contracción muscular. A su vez se forma ATP, a partir de ADP y Pi en los seres quimiótrofos cuando se oxidan las moléculas combustibles o en fotótrofos cuando la atrapan de la luz. Este ciclo de ATP-ADP es la forma fundamental de intercambio de energía en los seres vivos.

Algunas reacciones biosintéticas se hallan dirigidas por la hidrólisis de nucleosidos trifosfato que son análogos al ATP, es decir, la guanosina trifosfato (GTP), la uridina trifosfato (UTP) y la citidina trifosfato(CTP) . Las formas difosfatadas de estos nucleotidos se designan GDP, UDP y CDP, respectivamente y las formas monofosfato por GMP, UMP y CMP. Hay enzimas que catalizan la transferencia del grupo fosforilo terminal de un nucleotido a otro. Las nucleosidos monofosfatos quinasas realizan la fosforilación de los nucleosidos monofosfato. Una enzima muy especifica, la nucleosido difosfato quinasa realiza la fosforilación de los nucleótidos difosfato.

Se debe resaltar que, aunque todos los nucleosidos trifosfato son equivalentes desde el punto de vista energético. El ATP, es sin lugar a dudas, el principal transportador energético de la célula y desempeña un papel primordial en el metabolismo energético.

2.5 Hidrólisis de ATP acoplada a las reacciones bioquímicas no es espontánea

Varios metabolitos ricos en energía liberan más energía que el mismo ATP. Una variedad de cinasas cataliza la transferencia de grupos fosfatos de tales moléculas a ADP para generar ATP.
El fosfato de acetilo se genera durante la fermentación de anaeróbica de lactobasilos. La hidrólisis del fosfato de acetilo genera acetato y Pi la energía estándar de esta reacción es mayor que la energía libres de la hidrólisis del ATP por lo que la hidrólisis del fosfato de acetilo puede acoplarse a la síntesis de ATP.

ΔG°’ Kcal/mol
Acetil fosfato +H2O → acetato + Pi + H+ -11.2
ADP + Pi +H+ → ATP + H2O +7.3
Total Acetil fosfato + ADP → ATP +H2O -3.9

La transferencia de los grupos fosfatos de acetilo a ADP proporciona a los lactobasilos el ATP necesario para el metabolismo anaerobio.
Los fosfágenos son moléculas de almacenamiento de fosfatos de alta energía que se encuentran en las células



2.6 NADH y FADH2 como fuentes de de poder reductor
NAD+ y NADP+: (nicotinamida adenina dinucleótido y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Son coenzimas que intervienen en las reacciones de oxido-reducción, son moléculas que transportan electrones y protones. Intervienen en procesos como la respiración y la fotosíntesis.

Fig. 2.41 - Estructura del NAD+, La nicotinamida acepta hidrogeniones, proceso denominado reducción
FAD+: También es un transportador de electrones y protones. Interviene en la respiración celular.
Coenzima A: Es una molécula que transporta grupos acetilos, interviene en la respiración celular, en la síntesis de ácidos grasos y otros procesos metabólicos.
REFERENCIAS
http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.genomasur.com/lecturas/02-39-G.gif&imgrefurl=http://www.genomasur.com/lecturas/Guia02-2.htm&usg=___NX0OgQcWOMGfxZd5LN8T5PpMFs=&h=288&w=600&sz=16&hl=es&start=3&itbs=1&tbnid=QGdgO_qajF1XmM:&tbnh=65&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dhidr%25C3%25B3lisis%2Bde%2BATP%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1

Horton H. Robert. Bioquimica. Editorial Prentice-Hall. México D.F.

www.cienciahoy.org.ar/hoy27/atp.htm
wikipedia.org/wiki/Adenosín_trifosfato